Routage IP multicast Master RIA

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1 Routage IP multicast Master RIA 2008 Master 2 RIA 1

2 Plan Introduction modèle de Deering routage intra-domaine en mode dense routage intra-domaine en mode épars routage inter-domaine 2008 Master 2 RIA 2

3 Multicast Objectifs : communications point à multipoint exemples diffusion d un canal vidéo/audio visioconférences ( N sources, interactif) jeux en réseau diffusion de logiciels/données/ utilisation efficace du réseau 1 seule copie des données sur un lien => réalisé par le réseau au niveau IP extensible (Nb récepteurs, de sources, de groupes, interdomaine) 2008 Master 2 RIA 3

4 Réseau de type IP Hypothèses source Envoyer le même paquet à plusieurs destinations en minimisant le trafic et les délais E Le paquet IP parcourt (au moins) un arbre dont la racine est la source et les feuilles les récepteurs D C B A 2008 Master 2 RIA 4

5 Multicast de niveau 2 Dans un réseau à diffusion comme ethernet tout le monde reçoit (diffusion) puis sélection par les récepteurs Interconnexion de réseaux à diffusion au niveau 2 (pont, switch ethernet) construction d un arbre de recouvrement (spanning tree) pour supprimer les boucles diffusion comme dans un réseau unique 2008 Master 2 RIA 5

6 Multicast de niveau 2 Multicast consomme des ressources problème du filtrage (802.1 GARP) : GMRP? Partiellement résolu en partitionnant le domaine de broadcast => utilisation des VLAN Broadcast/multicast limité au VLAN de l émetteur 2008 Master 2 RIA 6

7 Modèle de Deering (1991) Multicast non défini dans IP d origine Travaux de Deering : Paquets IP multicast même format que unicast Adresse multicast identifie un ensemble de récepteurs (classe D IPv4 : = /4) Groupe = adresse multicast récepteurs se déclarent au routeur voisin (IGMP) Pas de connaissance exhaustive des membres du groupe 2008 Master 2 RIA 7

8 Modèle de Deering (suite) Les sources ne se déclarent pas Emission spontanée, sources «bursty» Difficulté du contrôle Multipoint à multipoint si les sources sont aussi réceptrices possibilité d un seul arbre pour N sources possible grâce au mode datagramme (# ATM) Séparation des signalisations IGMP, routage 2008 Master 2 RIA 8

9 Adhésion aux groupes Protocole spécifique (IGMP) au dessus d IPv4 inclus dans ICMPv6 pour IPv6 (MLD) Objectif : connaître les groupes qui ont des récepteurs sur une interface de routeur donnée pas de connaissance exhaustive des récepteurs Principe routeur interroge cycliquement IGMP-Query défaut 125s récepteurs de G répondent IGMP-Reply (G) 2008 Master 2 RIA 9

10 Adhésion aux groupes Mécanismes éviter les réponses multiples : réponses retardées un temps aléatoires supprimées si redondantes idéal = 1 réponse par groupe qui a des récepteurs) => Report IGMP envoyé en multicast à l adresse du groupe considéré «soft state» : pas de réponse pour G = supprimer info 2008 Master 2 RIA 10

11 2008 Master 2 RIA 11

12 Adhésion aux groupes Retrait d un groupe sur délai (IGMPv1, RFC 1112) retrait explicite : IGMP-leave (IGMPv2, RFC 2236) IGMP protocole datagramme (non fiable) mécanismes de robustesse routeur envoie Plusieurs Query Spécifiques (G) à G avant de supprimer groupe traite pertes IGMP, autres récepteurs du groupe 2008 Master 2 RIA 12

13 Ex :adhésion/retrait Adhésion à 9h24 19 à (doublé) Retrait à 9h27 01 => Query spécifiques 2008 Master 2 RIA 13

14 Adhésion aux groupes(2) Choisir les sources d un groupes une source vidéo dans visioconférence filtrer source indésirable Possible avec IGMPv3, RFC 3376, (2002) mode INCLUDE = liste des sources voulues mode EXCLUDE = liste des sources non voulues synthèse (conservatrice) par le routeur Les reports ne sont plus envoyés au groupe mais à = all IGMPv3 capable routeurs un report pour plusieurs groupes tous les récepteurs répondent permet host tracking facultatif 2008 Master 2 RIA 14

15 Listes de sources Ex synthèse de deux Reports, même groupe listes de sources L1 et L2 include(l1) et include(l2) => include(l1 L2) include(l1) et exclude (L2) => exclude (L2 \ L1) exclude(l1) et exclude (L2) => exclude(l1 L2) IGMPv3 complexe messages toin, toex, isin, isex compatibilité avec versions 1 et Master 2 RIA 15

16 Querier Election d un «Querier» si plusieurs routeurs sur le même LAN éviter Query et Report inutiles routeur détecte Query autre routeur si adresse IP + petite => élu Querier Si non élu surveiller querier (réception de Query) redevient Querier sur timeout Remarque : le Querier n est pas forcément le routeur désigné du LAN 2008 Master 2 RIA 16

17 Quelques adresses prédéfinies Base Address (Reserved) All Systems on this Subnet [RFC1112] All Routers on this Subnet DVMRP Routers [RFC1075] Mobile-Agents DHCP Server / Relay Agent [RFC1884] All PIM Routers All IGMPv3 Routers [RFC 3376] 2008 Master 2 RIA 17

18 Lien avec le niveau liaison (1) Lien point-à-point : pas de problème Lien à diffusion (ex : ethernet) encapsuler paquet IP multicast dans trame ethernet multicast mise en correspondance d adresses 23 derniers IP => 23 derniers premiers bits E => E collision possible : filtrage en réception => E en IPv6 : Suivi des 4 derniers IPV Master 2 RIA 18

19 IP multicast et bridging Dans un réseau avec ponts par défaut multicast = broadcast risque de saturation du réseau VLAN = découpage domaine broadcast Solutions de niveau 2 type GARP/GMRP en pratique peu ou pas implémentées Solutions de niveau 2+3 IGMP snooping 2008 Master 2 RIA 19

20 IGMP snooping Principe : les ponts espionnent (snooping) paquets IGMP (et routage multicast) déterminent où sont les récepteurs IGMP report et routeurs multicast Problèmes éviter la suppression de Report IGMP filtrer IGMP vers autres membres départ implicite => timeout calculs switchs (examiner entêtes MAC + IP + IGMP) changer logiciels switch si changements IGMP/MLD 2008 Master 2 RIA 20

21 Lien avec le niveau liaison (2) Lien multipoint sans diffusion NBMA = Non-Broadcast Multiple Access ex : ATM problème plus difficile à base de serveurs aussi bien pour l unicast que pour le multicast 2008 Master 2 RIA 21

22 Routage multicast Permettre l acheminement d un paquet multicast de la source vers les récepteurs Arbre construit par signalisation entre les routeurs semi-explicite (inondation/élagage) explicite (adhésion/retrait) Distinction entre mode dense ou épars intra ou inter domaine 2008 Master 2 RIA 22

23 Routage en mode dense Inondation du réseau (flood) et élimination des branches inutiles (prune) DVMRP (sur routage unicast spécifique à la RIP) RFC 1075 PIM-DM (sur routage unicast «quelconque») Un arbre par source (pas scalable) O(S*G) entrées par routeur une entrée par couple S,G même si hors de l arbre Repose sur le RPF check utilise le chemin vers la source «chemin inverse» 2008 Master 2 RIA 23

24 RPF Check B accepte un paquet multicast venant de A s il arrive par la route unicast (interface) de B vers A permet d éviter les boucles la route unicast de B vers A est connue de B problème en cas de routes asymétriques Inondation/Elagage périodique (soft state) 2008 Master 2 RIA 24

25 Inondation/élagage Reverse Path Flooding ou Broadcasting (RPF check) problème : les données encombrent tout le réseau Truncated RPB supprimer les réseaux feuilles inutiles (IGMP) Reverse Path Multicasting élagage (initial et périodique) 2008 Master 2 RIA 25

26 Inondation/Elagage Source IGMP DONNEES PRUNE 2008 Master 2 RIA 26

27 MOSPF Extension de OSPF (RFC 1584) spécifique à OSPF chaque routeur connaît les liens du réseau(routage par état des liens) nécessite de connaître l existence des membres de chaque groupe sur chaque lien = nouvel attribut de l état du lien, diffusé calcul des arbres multicast à la volée (coûteux) calcul de l arbre de S vers tous les membres (Dijkstra) suis-je sur cet arbre et avec quels successeurs? Résultat mis en cache chemins calculés dans le «bon sens» 2008 Master 2 RIA 27

28 Mode dense: conclusion Adapté dans un petit domaine si la majorité des réseaux contiennent des membres coûteux en signalisation (PRUNE) si groupe épars coûteux en états dans TOUS les routeurs du domaine : proportionnel au nombre de couples sources*groupes (DVMRP) 2008 Master 2 RIA 28

29 Protocoles en mode épars Un arbre partagé par toutes les sources Construit autour d un point central (RP) Signalisation explicite (join) des récepteurs vers le centre Arbre en général construit à l envers «chemin inverse» Localisation du centre? Panne du centre? un protocole normalisé et utilisé : PIM-SM 2008 Master 2 RIA 29

30 Construction de l arbre PIM-SM RFC 4601 (Standard Track, août 2006) Le routeur d attachement du nouveau récepteur à réception d un Report IGMP calcule l adresse du RP transmet le join au routeur voisin vers le RP Le join remonte vers le RP jusqu à rencontrer un routeur sur l arbre messages de retrait (prune) analogues 2008 Master 2 RIA 30

31 Emission de données PIM-SM La source envoie son paquet Le routeur d attachement désigné détermine le RP associé encapsule le paquet et l envoie au RP Message PIM-Register Le RP décapsule et achemine le paquet dans l arbre (unidirectionnel) Possibilité de passer à un arbre par source (pour certaines sources actives) 2008 Master 2 RIA 31

32 PIM : Arbres unidirectionnels Source membre du groupe FHR RP LHR : Last Hop Router FHR : First Hop Router Source non-membre du groupe 2008 Master 2 RIA 32

33 PIM-SM mécanismes Table de routage PIM-SM : types d entrées (S,G) si arbre par source (*,G) si arbre centré vers un RP (*,*,RP) pour tous les G partageant un RP (interdomaine) choix de l entrée (interface d arrivée, ) informations par entrée de la table : iif : une interface d entrée (déterminée par RPF) oif : n interfaces de sorties ( n >0) des indicateurs, timers, 2008 Master 2 RIA 33

34 PIM-SM mécanismes (2) Adhésion nouveau groupe présent (IGMP Report) sur interface oi si entrée (*,G) existe ajouter oi à oifs sinon calculer interface ii vers le RP de G créer entrée (*,G) avec oif = {oi} et iif = ii envoyer PIM join/prune vers RP par ii 2008 Master 2 RIA 34

35 PIM-SM mécanismes (3) Adhésion (suite) à réception Pim-Join(G) si (*,G) existe ajouter interface de sortie sinon : similaire à adhésion locale : créer entrée propager PIM-Join le PIM-join est propagé de proche en proche jusqu à un routeur «on tree» ou éventuellement le RP 2008 Master 2 RIA 35

36 PIM-SM mécanismes (4) Retrait quand le dernier membre de G sur un LAN quitte explicitement (IGMP-done) ou implicitement le routeur supprime l interface de la liste oif si oif devient vide envoyer PIM-prune vers RP et supprimer entrée le PIM prune remonte de proche en proche jusqu au premier routeur à plusieurs fils ou le RP 2008 Master 2 RIA 36

37 PIM-SM mécanismes (5) Message périodique PIM-Hello (30s) connectivité entre routeurs voisins indépendant des arbres Maintenance de l arbre message PIM-join périodique fils -> père (60s) rafraîchissement de l arbre suppression des entrées (sur le père) sur timeout Remarque : pas de message «downstream» 2008 Master 2 RIA 37

38 PIM-SM mécanismes (6) Passage à un arbre (ou branche) par source décidé par un routeur feuille (débit) ou par le RP pour la branche source => RP envoi d un message PIM-join(S,G) vers S création d une entrée (S,G) en plus de l entrée (*,G) et avec les mêmes oif 2008 Master 2 RIA 38

39 PIM-SM mécanismes (7) Arbre par source (suite) à réception de données par la branche spécifique = élagage par le côté RP pas de repassage explicite à l arbre partagé sur DR timeout sur (S,G) : pas de données => (*,G) Plusieurs routeurs sur le même LAN mécanisme Assert (si réception de données par oif) élection du routeur qui propage sur le LAN métrique + identificateur 2008 Master 2 RIA 39

40 PIM-SM : choix du centre Algorithme du bootstrap bootstrap router (BSR) élu parmi les candidats BSR chaque candidat diffuse son identité à tous les routeurs PIM tant qu il n en connaît pas un meilleur un candidat RP envoie au BSR élu liste des plages adresses multicast et priorité le BSR élu choisit parmi candidats diffuse une liste de points de rendez-vous (RP) valides sur chaque routeur une fonction de hachage associe adresse de groupe => RP 2008 Master 2 RIA 40

41 Commentaires Nombre d entrées en O(g) où g = nombre de groupes «On tree», plus arbres (S,G) mécanisme de sélection du RP n est pas scalable: la liste de tous les RP doit être connue de tous les routeurs (diffusion de cette liste) placement non optimal dans un grand réseau a priori devrait dépendre de la topologie (variable) des membres panne du RP = reconstruction de tout l arbre limité à l intra-domaine 2008 Master 2 RIA 41

42 Déploiement actuel Implémentations de DVMRP, PIM Multicast utilisé en interne entreprises : visioconférence, cours bourse FAI : exemple canaux TV chez Free Beaucoup d opérateurs ne routent pas le multicast encore peu de solutions viables à grande échelle disponible chez quelques opérateurs : Sprint, Réseau expérimental Mbone (FMBone) tunnels entre routeurs multicast à travers routeurs non multicast allocation d adresse manuelle (ou GLOP) 2008 Master 2 RIA 42

43 Multi-topologie? M-IS-IS M-BGP PIM-SM RIB = MRIB TIB signalisation FIB MFIB commutation Commutation unicast Commutation multicast 2008 Master 2 RIA 43

44 Problèmes de l inter-domaine Extensibilité en nombre de groupes potentiels, existants, existants à un endroit taille des groupes état à mémoriser, signalisation Allocation des adresses unicité à l échelle d Internet dynamicité si nombreux groupes transitoires espace d adressage limité (en IPv4) 2008 Master 2 RIA 44

45 Problèmes inter-domaine (suite) Interaction protocoles de routage intra/inter en unicast : protocoles différents Respect des politiques de routage contrôle des flux multicast en transit minimiser la «third party dependency» Accounting essentiel si applications multicast commerciales diffusion vidéo, diffusion d infos,... Fiabilité du routage liée à la taille importance si applications commerciales 2008 Master 2 RIA 45

46 Adressage multicast IPv4 Choix manuel + annonce -> risque de collision allocation hiérarchique (architecture MASC, liée au routage) allocation par AS : GLOP (RFC 2770) préfixe /8, ASN, groupid (8 bits) locale à la source (SSM) préfixe 232/8 (voir SSM plus loin) 2008 Master 2 RIA 46

47 Adressage IPv4 (suite) Scope (étendue) avec le TTL ( 1 = lien, ) préfixe /16 (local) /14 (site) 2008 Master 2 RIA 47

48 Adressage multicast IPv6 FF, flags (4 bits), scope (4bits), réservé (80 bits), GroupeID (32 bits) flag 0000 = permanent 0001 = transitoire scope IPv6 1 = node-local, 2 = link-local, 5 = site-local, 8 = organization-local, E = global ex : FF02:0:0:0:0:0:0:D All PIM Routers (perm., link) FF05:0:0:0:0:0:1:3 All-dhcp-servers (perm., site) 2008 Master 2 RIA 48

49 L architecture BGMP/MASC (Thaler et al, ietf) Un protocole d allocation d adresses multicast inter- domaine (MASC), + protocoles intra domaine (AAP, MDHCP) Un protocole d annonce des blocs d adresses multicast et des politiques multicast (BGP4+) Un protocole de construction d arbre multicast inter-domaine (BGMP) Un modèle d interaction aux frontières Des protocoles de routage multicast intra-domaine 2008 Master 2 RIA 49

50 BGP4+ (MBGP) Extensions de BGP4 (routage interdomaine), RFC 2283 Introduit de nouveaux attributs Adresse multicast (pour BGMP) Adresse unicast Si topologies unicast et multicast différentes Permet le RPF check MSDP, PIM-SSM 2008 Master 2 RIA 50

51 MASC (Multicast Address Set Claim) Domaines organisés en une hiérarchie Allocation unique, dynamique et temporaire Chaque domaine demande une (ou plusieurs) plages d adresses dans une plage affectée à son domaine père résolution de conflit Les plages d adresses utilisées par un domaine sont annoncées à l extérieur via BGP association plage d adresse Root Domain pas (encore?) implémenté 2008 Master 2 RIA 51

52 MSDP Multicast Source Discovery Protocol Solution provisoire en attendant une vraie solution inter-domaine RFC 3618 (2003) existe seulement pour IPv4 Implémentée (cisco,.) et utilisée But : relier des domaines PIM-SM entre eux 2008 Master 2 RIA 52

53 MSDP (2) Les domaines PIM-SM sont interconnectés Chaque RP (domaine) participant a au moins une connexion avec un autre RP (domaine) participant graphe de domaine Connexions TCP (fiable) Installées manuellement Servent à transmettre les annonces de sources SA(RP-annonçant, Source, Groupe) 2008 Master 2 RIA 53

54 MSDP (3) Quand un RP apprend une nouvelle source locale à son domaine Via un PIM-Register Construit un SA L envoie à tout ses voisins MSDP (flooding) A réception d un SA, un RP Propage le SA, en faisant un RPF check (flood) SA ré-émis cycliquement (soft state) 2008 Master 2 RIA 54

55 MSDP (4) Traitement du SA(RP, S, G) Si entrée (*,G) dans sa table de routage Groupe G actif Envoyer un join(s,g) vers S Construction d une branche (S,G) inter-domaine S arrête au premier routeur ayant une entrée (S,G) Arbre (S,G) inter-domaine construction utilise MBGP 2008 Master 2 RIA 55

56 Le modèle SSM Issu de l architecture Express canal identifié par couple (source, ident) ident utilisée comme IP destination adresse de groupe unicité de l ident simple à garantir (par source) construction d arbres par source (S,G), unidirectionnels 2008 Master 2 RIA 56

57 Le modèle SSM Insertion dans Pim-SM utilise le mécanisme d arbre par source de SM ne nécessite plus de mécanisme de RP => forte simplification si SSM uniquement traitement SM (modèle ASM) ou SSM suivant plage d adresse IPv4 SSM = /8 nécessite l utilisation d IGMPv3 mode INCLUDE : abonnement à un couple source, groupe G, include(s) 2008 Master 2 RIA 57

58 Le modèle SSM Avantages simple, déjà implémenté (PIM-SM) allocation d adresse triviale (inter-domaine) Permet de faire de l inter-domaine Inconvénients pas de multipoint à multipoint direct contrôle des récepteurs? 2008 Master 2 RIA 58

59 Routage multicast et IPv6 adresses IPv6 multicast champs :FF, Flags, Portée, réservés, Group-ID bits : Portée : 1(nœud), 2(lien), 5(site), E(globale) Flags xyzt : t (0 = permanente, 1 = transitoire) z (1 = adresse basée sur préfixe unicast) réservés(80) = 0(8), plen(8), prefix(64) adresse «appartient» au préfixe prefix/plen y (1 = RPembedded) réservés = 0(4), RPad(4), plen(8), prefix(64) adresse du RP = prefix/plen::rpad 2008 Master 2 RIA 59

60 exemples adresses IPv6 FF02:0::D : permanente locale au lien (tous les routeurs PIM) FF05:0::1:3 : permanente locale au site (tous les serveurs dhcp) FF1E::7777 : transitoire globale (groupe transitoire 7777) FF3E:40:2001:660:220:102::7777 : globale transitoire basée sur le préfixe 2001:660:220:102 (de longueur 64 = 0x40) cas particulier SSM : basée sur un préfixe unicast de longueur nulle FF3E:0::7777 : canal SSM global 7777 FF7E:540:2001:660:220:102::7777 : adresse RP_embedded adresse du RP : 2001:660:220:102:: Master 2 RIA 60

61 multicast V6 PIM étendu à IPv6 MLDv1 (Multicast Listener discovery) correspond à IGMPv2 MLDv2 correspond à IGMPv3 Possibilité SSM comme en V4 Pour ASM : MSDP non disponible (mais non extensible) possibilité de RP-Embedded a priori extensible inter-domaine gestion des RP, allocation des adresses? panne RP? 2008 Master 2 RIA 61

62 Etat des lieux En IPv4, pas de bonne solution pour ASM interdomaine MSDP, allocation d adresses SSM OK (pour applis type canal TV) mais IGMPv3 pas encore universel (Mac :-(( En IPv6 solution RP embedded pour ASM interdomaine SSM mais IPv6/MLDv2 pas encore universels 2008 Master 2 RIA 62

63 Au dessus d IP multicast Transport UDP (TCP point à point) Non-fiable Fiabilité : problème difficile à grande échelle (PGM, ) codes correcteurs de pertes (Flute, ) Contrôle RTP/RTCP pour flux temps réel Contrôle de session (SAP, SIP, ) 2008 Master 2 RIA 63

64 Configuration de base des routeurs lancer routage ip ip routing configurer adresses interfaces, ospf/rip lancer routage multicast ip multicast-routing ip pim ssm default (si ssm avec plage par défaut) activer version d igmp et/ou PIM vers les récepteurs potentiels et/ou voisins PIM int x ip igmp version 3 ip pim sparse-mode 2008 Master 2 RIA 64

65 Config RP sur les candidats BSR ip pim bsr-candidate fa 0/ hash-mask length 192 priorité (plus grand meilleur) sur les candidats RP ip pim rp-candidate fa 0/1 [ group-list number] access-list number permit Master 2 RIA 65

66 Visualiser les infos les voisins PIM sh ip pim neighbors les routes multicast sh ip mroute les abonnements locaux sh ip igmp groups 2008 Master 2 RIA 66

67 Routage Multicast : programmation API basique : nouvelles options pour getsockopt : setsockopt réception P_ADD_MEMBERSHIP struct ip_mreq Adhérer au groupe multicast. IP_DROP_MEMBERSHIP struct ip_mreq Se retirer du groupe multicast. émission IP_MULTICAST_IF struct ip_mreq IP_MULTICAST_TTL émisssion/réception IP_MULTICAST_LOOP Spécifier une interface pour l'envoi de messages multicast. u_char Spécifier un TTL pour l'envoi de messages multicast. u_char Activer ou désactiver le loopback des messages multicast Master 2 RIA 67

68 Routage Multicast : programmation struct ip_mreq { struct in_addr imr_multiaddr; /* IP multicast address of group */ struct in_addr imr_interface; /* local IP address of interface */ }; serveur struct sockaddr_in srv; srv.sin_family = AF_INET; srv.sin_port = htons(port); inet_aton(group, &srv.sin_addr); s = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0) sendto(s, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *) \ srv, sizeof(srv)) 2008 Master 2 RIA 68

69 Multicast : programmation client struct sockaddr_in srv, cli; struct ip_mreq mreq; srv.sin_family = AF_INET; srv.sin_port = htons(port); inet_aton(group, &srv.sin_addr) s = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0) bind(s, (struct sockaddr *)&srv, sizeof(srv)) inet_aton(group, &mreq.imr_multiaddr) mreq.imr_interface.s_addr = htonl(inaddr_any) setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, \ mreq, sizeof(mreq)); r = recvfrom(s, buf, MAXBUF, 0, (struct sockaddr *), \ cli, &n)) 2008 Master 2 RIA 69

70 multicast SSM: API étendue RFC Socket Interface Extensions for Multicast Source Filters struct ip_mreq_source { struct in_addr imr_multiaddr; /* IP address of group */ struct in_addr imr_sourceaddr; /* IP address of source */ struct in_addr imr_interface; /* IP address of interface */ }; IP_BLOCK_SOURCE struct ip_mreq_source IP_UNBLOCK_SOURCE struct ip_mreq_source IP_ADD_SOURCE_MEMBERSHIP struct ip_mreq_source IP_DROP_SOURCE_MEMBERSHIP struct ip_mreq_source IP_DROP_MEMBERSHIP struct ip_mreq 2008 Master 2 RIA 70

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